【摘要】：土地沙漠化是當(dāng)今人類面臨的全球性重大環(huán)境問題之一。風(fēng)作用于沙質(zhì)地表產(chǎn)生土壤風(fēng)蝕、風(fēng)沙流、風(fēng)沙沉積和沙丘前移等一系列地質(zhì)地貌。地表顆粒運動是土地沙漠化的根本原因，是產(chǎn)生沙害的主要原因。研究多因素驅(qū)動下風(fēng)沙顆粒起動的動態(tài)演化規(guī)律，對揭示沙粒的起動形式、力學(xué)機(jī)制有著重要意義，為防治土地沙漠化和治沙固沙提供理論依據(jù)。 本論文得到受國家自然科學(xué)基金（NO.40975094）和國家重點基礎(chǔ)研究規(guī)劃項目資助（NO.2006CB403701）的聯(lián)合資助。實驗運用環(huán)境風(fēng)洞建立風(fēng)沙流模擬實驗系統(tǒng)，對自然界中的風(fēng)沙現(xiàn)象進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)沙兩相流模擬。通過圖像采集系統(tǒng)對沙粒相的運動進(jìn)行高速攝像，獲得清晰、直觀的沙粒瞬時運動圖像。繼而使用Motion Studio圖像處理軟件和MATLAB數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行圖像人工識別與后期數(shù)據(jù)處理，獲得沙粒整個運動過程的起動形式、運動軌跡及各時刻速度、加速度等瞬時運動參數(shù)。最后對所得參數(shù)進(jìn)行分析，得到沙粒起動形式并推測其起動機(jī)制。 在實驗方法和數(shù)據(jù)處理方面，本文的創(chuàng)新點在于： (1)運用激光光源加透鏡組形成的片光作為拍攝光源，有效地解決了以往研究中因光強度不足造成的圖像清晰度低的問題。 (2)運用微距CCD鏡頭對近沙面位置進(jìn)行拍攝，得到沙粒在床面附近運動的清晰圖像，有效地解決以往研究中因高速攝影技術(shù)限制，無法精確拍攝近床面位置沙粒運動的問題，為研究近沙面位置沙粒運動提供數(shù)據(jù)支持，彌補了以往對近沙面沙粒運動研究的不足。 (3)在實驗數(shù)據(jù)處理中，主要采用圖像人工識別加后期數(shù)據(jù)處理的方法。其中，圖像人工識別可有效的解決傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)對粒子濃度較高的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，所產(chǎn)生的沙粒運動軌跡缺失、粒子匹配錯誤等問題。運用圖像人工識別加后期數(shù)據(jù)處理的方法有著“靈活性”與“模糊性”兩方面的優(yōu)勢。 通過對風(fēng)沙兩相流沙粒起動的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，，獲得沙粒整個運動過程的運動軌跡、各時刻速度、加速度等瞬時運動參數(shù)信息。結(jié)合現(xiàn)有理論對實驗圖片進(jìn)行分析，追蹤并還原沙粒的運動軌跡。經(jīng)統(tǒng)計，可得如下結(jié)論： (1)風(fēng)沙兩相流中，沙粒的主要起動形式為沖擊起動； (2)風(fēng)沙兩相流中，沙粒的運動軌跡符合二次函數(shù)，呈拋物線形式； (3)風(fēng)沙兩相流中，沙粒起動主要受到湍流的作用，實質(zhì)在于動量的傳遞。
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P931.3;P425.64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2704113